同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行

1、第十八章 同步發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行,教學(xué)要求：,1熟悉同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)合閘的條件和方法,2掌握同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的基本電磁關(guān)系、 功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式,3掌握有功功率和無功功率的調(diào)節(jié),4理解V形曲線的物理意義,第一節(jié) 概述,同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)：,1.電能的供應(yīng)可以互相調(diào)劑，合理使用。,2.增加供電的可靠性。,3.提高供電質(zhì)量，電網(wǎng)的電壓和頻率能保持在要求的 恒定范圍內(nèi)。,4.系統(tǒng)愈大，負(fù)載就愈趨均勻，不同性質(zhì)的負(fù)載，互 相起補(bǔ)償作用。,5.聯(lián)成大電力系統(tǒng)，有可能使發(fā)電廠的布局更加合理,3.發(fā)電機(jī)的電壓相序與電網(wǎng)的電壓相序相同（發(fā)電機(jī)相序決定于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向，一般是固定的）,第二節(jié) 并聯(lián)合閘的條件

2、和方法,4.在合閘時(shí)，發(fā)電機(jī)的電壓相角與電網(wǎng)電壓的相角一樣,一、條件： 并聯(lián)投入時(shí)，避免產(chǎn)生大的電流沖擊和轉(zhuǎn)軸受到突然的扭矩。并聯(lián)合閘必須滿足四個(gè)條件：,1.發(fā)電機(jī)頻率等于電網(wǎng)的頻率（各國電網(wǎng)頻率大致有兩種：50Hz或60Hz，我國為50Hz）,2.發(fā)電機(jī)的電壓幅值等于電網(wǎng)電壓的幅值，且波形一致,二、方法：,1. 準(zhǔn)確同步法：將同步發(fā)電機(jī)調(diào)整到符合并聯(lián)條件后進(jìn)行并網(wǎng)操作，分為暗燈法和旋轉(zhuǎn)燈光法兩種。,(1)暗燈法： 電網(wǎng)與同步發(fā)電機(jī)之間的三相并聯(lián)開關(guān)兩側(cè)接燈泡，稱相燈，若三相相燈同明同暗，說明相序正確；當(dāng)三組相燈同時(shí)熄滅時(shí)，表示電壓差 ，即可并網(wǎng)合閘。,暗燈法接線和向量圖,當(dāng)不滿足并網(wǎng)條件時(shí)，

3、暗燈法所見的現(xiàn)象,a.頻率不等：相燈將呈現(xiàn)同時(shí)暗、同時(shí)亮的交替變化現(xiàn)象，說明發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的頻率不同，需調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變發(fā)電機(jī)頻率。,b.電壓不等：三個(gè)相燈沒有絕對(duì)熄滅的時(shí)候，而是在最亮和最暗范圍閃爍，需調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流從而改變發(fā)電機(jī)的端電壓。,c.相序不等：三個(gè)相燈明暗呈交替變化狀態(tài)，說明發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的相序不同,需對(duì)調(diào)發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)的任意兩根接線。,d. 相角不等：三組相燈不同時(shí)熄滅，不能合閘并網(wǎng)，需微調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。,(2) 燈光旋轉(zhuǎn)法： 此方法比暗燈法容易實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)操作，一個(gè)相燈熄滅時(shí)，另兩個(gè)相燈亮度一樣；另外可根據(jù)燈光旋轉(zhuǎn)方向判斷頻率大小。,旋轉(zhuǎn)燈光法接線圖,條件不滿足時(shí)對(duì)電機(jī)的影響,1、電機(jī)和

4、電網(wǎng)之間有環(huán)流，定子繞組端部受 力變形。 2、產(chǎn)生拍振電流和電壓，引起電機(jī)內(nèi)功率振 蕩。 3、電機(jī)和電網(wǎng)之間有高次諧波環(huán)流，增加損 耗，溫度升高，效率降低。 4、電網(wǎng)和電機(jī)之間存在巨大的電位差而產(chǎn)生 無法消除的環(huán)流，危害電機(jī)安全運(yùn)行。,電網(wǎng)的容量相對(duì)于并聯(lián)的同步發(fā)電機(jī)容量來說要大得多，如果對(duì)并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行有功功率和無功功率調(diào)節(jié)時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的電壓和頻率不會(huì)有什么影響。無限大電網(wǎng)的特點(diǎn)是端電壓和頻率均可認(rèn)為是恒定的。,第三節(jié) 同步電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的理論基礎(chǔ),無限大電網(wǎng)：,同步發(fā)電機(jī)的理想條件:,并聯(lián)運(yùn)行通常是指同步發(fā)電機(jī)與無限大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。就是發(fā)電機(jī)的端電壓和頻率與電網(wǎng)完全相等，同步發(fā)電

5、機(jī),由于 與 同相位，雖然有電樞電流 的存在，但由于沒有有功功率輸出，仍認(rèn)為是空載。同步發(fā)電機(jī)在理想條件下并聯(lián)到電網(wǎng)，原動(dòng)機(jī)只能供給同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需的損耗功率，即風(fēng)阻摩擦等機(jī)械損耗以及鐵耗等。,一、空載運(yùn)行：（不是指 =0，而是指有功功率或有功電流為零）,也就是，原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 等于空載矩 ，發(fā)電機(jī)不向電網(wǎng)輸出功率。,空載時(shí)改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流 ：,1增大勵(lì)磁，則 ，電流落后電壓 電角 度（向電網(wǎng)輸送感性無功，相當(dāng)于吸收容性無功）， 發(fā)電機(jī)對(duì)電網(wǎng)起電容器作用。 2減小勵(lì)磁，則 ，電流領(lǐng)先電壓 電角度， 發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)吸收感性無功功率，此時(shí)發(fā)電機(jī)對(duì)電 網(wǎng)相當(dāng)于電感負(fù)載。 3 改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁

6、電流只能使電樞繞助產(chǎn)生落后或 領(lǐng)先的純無功電流，沒有能使發(fā)電機(jī)輸出有功功率。,并聯(lián)到電網(wǎng)上的發(fā)電機(jī)，能夠調(diào)節(jié)的物理量有兩個(gè)：一個(gè)是勵(lì)磁電流，另一個(gè)是原動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩使之增加， 引起轉(zhuǎn)子加速，首先出現(xiàn)的是轉(zhuǎn)子位置（以 為標(biāo)志）領(lǐng)先氣隙旋轉(zhuǎn)磁密 ，由于電網(wǎng)頻率不會(huì)改變， 的頻率也不會(huì)變，所以氣隙磁密 的旋轉(zhuǎn)速度也不能變，維持恒定的同步速度。代表轉(zhuǎn)子位置的空間向量 在空載時(shí)與 同相位，當(dāng) 增大瞬間，轉(zhuǎn)子加速使得 領(lǐng)先 一個(gè)角度 。,二、負(fù)載運(yùn)行：,用一個(gè)等值集中的勵(lì)磁電流 (每對(duì)極只有一匝)去代替實(shí)際的勵(lì)磁電流。由于基波勵(lì)磁磁動(dòng)勢領(lǐng)先于氣隙磁密一個(gè) 電角度，使勵(lì)磁電流 所在處的氣

7、隙磁密不為零 ，有磁場有電流就必然產(chǎn)生電磁力，轉(zhuǎn)子受力為：,若轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)為 ，則整個(gè)轉(zhuǎn)子上有個(gè) 等值勵(lì)磁電流，作用在轉(zhuǎn)子的總電磁轉(zhuǎn)矩為 ：,1同步發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 :,轉(zhuǎn)矩平衡等式的每項(xiàng)都乘以機(jī)械角速度，就變成功率平衡式。,2. 轉(zhuǎn)矩平衡和功率平衡：,電磁轉(zhuǎn)矩的出現(xiàn)，同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩平衡式變?yōu)椋?同 步 發(fā) 電 機(jī) 有 功 功 率 的 流 程 圖,自同步法的投入步驟為： （1）校驗(yàn)發(fā)電機(jī)相序把發(fā)電機(jī)拖動(dòng)到接近同步 速，勵(lì)磁繞組經(jīng)限流電阻短路。,2. 自同步法：,（2）發(fā)電機(jī)投放電網(wǎng)，立即加直流勵(lì)磁電流，此 時(shí)靠定、轉(zhuǎn)子磁場間所形成的引力就可把轉(zhuǎn) 子自動(dòng)牽入同步。,1.隱極發(fā)電機(jī)：若忽略電阻 ，

8、則,第四節(jié) 有功功率的調(diào)節(jié)和靜態(tài)穩(wěn)定,電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)，當(dāng)增加原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，電機(jī)的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨之增大，電機(jī)的電磁功率和輸出有功功率增大。,同步發(fā)電機(jī)的功角特性：,（1）保持勵(lì)磁電流 不變時(shí)， 值與 角按正弦曲線 變化，正半波代表發(fā) 電機(jī)工況。,（2） 一定時(shí)，改變勵(lì)磁 電流 ，若 ， 則12,請(qǐng)比較 和 的大小,第一項(xiàng)是勵(lì)磁電流在氣隙磁場中產(chǎn)生電磁力所引起的，與勵(lì)磁電勢 成正比，稱為勵(lì)磁電磁功率。,第二項(xiàng)在隱極機(jī)中不存在，與 無關(guān)，與端電壓 即合成等效磁極及縱橫軸磁阻的差異有關(guān)即 ，稱作凸極電磁功率,2. 凸極式發(fā)電機(jī)： 當(dāng)忽略電樞電阻時(shí)，凸極式電磁功率亦等于輸 出功率。,凸

9、極 機(jī) 的 功 角 特 性 曲 線,結(jié)論1：當(dāng)勵(lì)磁電流 為常數(shù)時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)電 機(jī)輸出的有功功率，發(fā)電機(jī)的無功功 率也會(huì)改變，輸出有功功率減少時(shí)， 輸出落后性無功功率會(huì)增大。,結(jié)論2：并聯(lián)在電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)，保持 勵(lì)磁電流 為常數(shù)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸 出的有功功率，電動(dòng)勢向量 的軌 跡是一個(gè)圓，電樞電流 向量的軌 跡也是一個(gè)圓(圓心不是0)，把它們 稱為同步電機(jī)的圓圖。,三、 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行 時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定,同步發(fā)電機(jī)輸出容量的大小，不僅受到發(fā)熱的限制，而且受到運(yùn)行穩(wěn)定性的限制。,穩(wěn)定問題包括由若干個(gè)發(fā)電廠或發(fā)電機(jī)的電力系統(tǒng)，在正常負(fù)載調(diào)配和不正常事故中，這些電機(jī)或電廠是否還能保持同步運(yùn)行的問

10、題。,穩(wěn)定問題又分為靜態(tài)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定兩種。,（1）靜態(tài)穩(wěn)定問題：發(fā)電機(jī)在某一穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，（即發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，電壓U和頻率f都為恒定值，勵(lì)磁電流If不變，其輸入功率和輸出功率都不變的運(yùn)行狀態(tài)），如果在電網(wǎng)或原動(dòng)機(jī)方面，突然發(fā)生一些微小干擾，在此小干擾去掉后，發(fā)電機(jī)如能恢復(fù)到原來的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，即認(rèn)為該發(fā)電機(jī)的運(yùn)行是穩(wěn)定的。,（2）動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題：發(fā)電機(jī)突然加負(fù)載、切除負(fù)載等正常操作運(yùn)行時(shí)，或者在發(fā)生突然短路、電壓突變、發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁電流等非正常運(yùn)行，以及遭受到大的或是一定數(shù)值參數(shù)變化或負(fù)載變化時(shí)，電機(jī)是否還能保持同步運(yùn)行的問題。,2 靜態(tài)穩(wěn)定分析：,(1) 隱極機(jī),若原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩 不變，當(dāng) 增大一個(gè) 時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 也增加一個(gè) ，去掉干擾后，因 + ，使電機(jī)自動(dòng)回到原工作點(diǎn)（ ），穩(wěn)定。,（2）凸極機(jī)： 凸極機(jī)與隱極機(jī)相似，額定運(yùn)行點(diǎn)一般在 電角度范圍。 （3）最大轉(zhuǎn)矩 （或最大電磁功率 ）與額定電磁轉(zhuǎn)矩 （或額定電磁功率 ）之比稱為過載能力，用 表示： 隱極機(jī) 一般為1.52左右。,結(jié)論：對(duì)于穩(wěn)極同步發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)是靜態(tài)穩(wěn)定的， 或， 靜態(tài)穩(wěn)定。,發(fā)電機(jī)是靜態(tài)不穩(wěn)定的 ， 或， 靜態(tài)不穩(wěn)定。,時(shí)為靜態(tài)穩(wěn)定極限 ， 穩(wěn)定極限。